替代燃料_丁醇-1

1.2.3研究课题意义
丁醇作为一种新型的车辆替代燃料，掌握丁醇的燃烧特性（燃烧压力曲 丁醇的燃烧特性（ 丁醇的燃烧特性 压力升高率、燃烧速率等） 线、压力升高率、燃烧速率等）对实际发动机的控制策略和丁醇燃烧数 值模拟尤为重要。 定容燃烧弹是研究燃料燃烧特性的试验装置，采集燃烧过程的压力、温 定容燃烧弹 度数据进行理论分析得到压力升高率、燃烧速率曲线等；改变不同的燃 烧边界条件研究对燃烧特性的影响，找到能够发挥燃料的最大化学能的 最佳边界条件。 鉴于定容燃烧弹的优良性能，本课题将在定容燃烧弹上研究丁醇的各项 燃烧特性。
1.1.2 丁醇燃料的研究情况
燃料丁醇成为当前研究的热点，尤其是在丁醇的生物制法取得重大突 燃料丁醇 破的今天。丁醇与目前的甲醇和乙醇有着明显的优势： 丁醇的生物制法所用的原料比乙醇更为广泛，各种纤维素、木质素原 丁醇的生物制法所用的原料比乙醇更为广泛，各种纤维素、 料均可生产；丁醇的微生物毒性相比乙醇更小，更具商业价值； 料均可生产；丁醇的微生物毒性相比乙醇更小，更具商业价值； 丁醇虽然是一种有机溶剂，由于碳链相对较长，所以避开了甲醇、 丁醇虽然是一种有机溶剂，由于碳链相对较长，所以避开了甲醇、 乙醇亲水性、挥发强的缺点，与汽油、柴油的相容性较好； 乙醇亲水性、挥发强的缺点，与汽油、柴油的相容性较好； 丁醇在能量密度上高于甲醇和乙醇等优点。 丁醇在能量密度上高于甲醇和乙醇等优点。 英国、美国等发达国家纷纷将燃料丁醇作为下一代替代燃料，丁醇有 望成为新一代的车用替代燃料。
点火能量 点火能量根据初级线圈电感能量确定，采用直流稳压电源调节输出 电压和电流。
1 2 W = LI p 2
W-初级点火线圈能量/mJ; Ip-初级线圈电流/A； L-初级线圈电感/mH。
点火时刻 燃烧室内混合气压力和温度达到设定值时，计算机发出点火脉冲
任意空燃比混合气的配制 不同过量空气系数下，混合器中注入燃料体积数 不同过量空气系数下，混合器中注入燃料体积数。 依据气体状态方程：PV=nRT 需要参数:配气室温度T，充气前后的压力P0、P1，V=配气室的容积 配气室温度T：几何中心温度作为平均温度，热电偶传感器；
国内相关院校，西安交大、天津大学、吉林大学等，对醇类燃料，主 要以掺烧方式进行大量的动力性、经济性、排放性能的研究。 结果表明通过调节喷油量、点火提前角等相关参数使得醇类燃料在经 调节喷油量、点火提前角 调节喷油量 济性和排放性能上优于传统燃料；然而燃料的固有性质，如甲醇、乙 甲醇、 甲醇 醇的亲水性强，容易造成汽油和醇类的液相分离；甲醇、 醇的亲水性强，容易造成汽油和醇类的液相分离；甲醇、乙醇挥发性 在炎热天气容易造成输油管路气阻；甲醇、 强，在炎热天气容易造成输油管路气阻；甲醇、乙醇对橡胶密封有腐 蚀溶胀现象等限制在发动机上的大量使用。 蚀溶胀现象
1.1.1醇类替代燃料的发展情况
醇类燃料，常温常压下为液态，热值较石油燃料低，辛烷值高，汽 化潜热高，燃料自身含氧 自身含氧的特点决定了醇类燃烧性能，C/H比例小 自身含氧 火焰传播较快，滞燃期短 循环变动小，热效率高 滞燃期短，循环变动小 热效率高，可以更稀的混 滞燃期短 循环变动小， 合气下燃烧；自身含氧CO和HC排放较低 CO和HC排放较低，汽化潜热大在大负荷下较 CO 排放较低 低燃烧室的温度抑制NOx的生成，是一种清洁、可再生的能源。
4、参考文献
[1]刘书亮,裴普成,范永健.电控燃油喷射稀燃五气门CA1102Q汽油机试验 [J].燃烧科学与技术,1999,5(4);63-368 [2]裴普成,刘书亮,范永健.五气门汽油机气道二次燃油喷射技术的研究[J]. 内燃机报,2000,18(1):53-57. [3]杜宝国.基于近距撞壁的柴油机准伞状喷雾系统研究.大连理工大学,博 士学位论文,2007. [4]宋钧,黄震,乔信起等. 二甲醚发动机的新型可控预混合燃烧[J]. 科学 通报,2003,48(6):628-621. [5]Thomas W.ryan Ⅲ.Homogeneous Charge Compression Ignition of Diesel Fuel .SAE paper 961160 [6]常国峰.张纪鹏.郭英男等.HCCI燃烧模拟试验装置自动控制系统的研发 [J].内燃机工程,2005,26(6).41-43 [7]Alperstein, Swim and Schweitzer. Fumigation Kills SmokeImprove Diesel Performance. SAE tran 1958, P256 [8]Hiroaki Yonetani, Itaru Fukutanl.Hybrid Combustion Engine with Premixed Gasoline Homogeneous Charge and ignition by injected diesel fuel-2-stroke cycle engines, SAE890429.
dp p 2 − p1 = dt ∆t
燃烧起点和终点确定原则 当燃料开始燃烧放热时，放出其总热量10%的那一点定义为燃烧 始点，将燃料总热量的90%的那一点作为燃烧终点。 缸内平均温度变化曲线T 缸内平均温度变化曲线T（t）
PV T= mR
2.2燃烧放热率及放热量计算
定容燃烧弹的模型假设 工质为理想均质气相，符合理想气体状态方程； 缸内温度处处均匀，定容比热容固定不变； 燃烧过程没有工质的泄漏，不计残余废气的影响； …… 热力学第一定律定容过程及压力曲线图结合
丁醇燃料燃烧特性研究
导师：张纪鹏 报告人：荣英飞
2008-12-20
目录
1、课题的背景及意义 2、课题研究内容及研究方法 3、义
1.1背景
1.1.1 国内外替代燃料的研究动态 1.1.2丁醇燃料的研究发展情况
1.2课题的提出及其意义
1.2.1丁醇燃料的性质 1.2.2目前丁醇燃料研究所存在的问题 1.2.3研究课题的意义
[9]Hiroaki Yonetani, Itaru Fukutanl.Hybrid Combustion Engine with Premixed Gasoline Homogeneous Charge and ignition by injected diesel fuel-effects of pre-combustion chamber parameters, SAE940267. [10]高海洋.QHCCI(准均质充气压缩点燃)燃烧系统研究. 天津大学博士学 位论文,2000. [11]赵俊华.LPG/柴油双燃料发动机燃烧和排放特性的研究.合肥工业大学 硕士学位论文,2002. [12]周重光.LPG发动机三维燃烧模拟计算与试验研究.浙江大学博士学位论 文,2003. [13]天然气/柴油双燃料燃烧特性及规律的研究[J]. 内燃机学 报,2000,18(2):127-132. [14]徐利娜. CNG/汽油两用燃料汽车的设计. 河北农业大学硕士学位论 文,2008. [15]温苗苗.CNG发动机工作过程数值模拟. 武汉理工大学硕士学位论 文,2004. [16]Ofner H ,Gill D W,Krotscheck C1.Dimethyl Ether as Fuel for CI Engines-A New Technology and its Environmental Potential1.SAE981158. [17]John Bogild Hansen ,Bodil Voss , Finn Joensen , et rge Scale Manufacture of Dim ethyl Ether-A New Alternative Diesel Fuel From Natural Gas.SAE 950063 [18]王贺武,周龙保,陈鸿雁等. 柴油机燃用二甲醚的燃烧特性. 燃烧科学 与技术,2000 , (3)
2009年 2009年 2009年1月—2009年5月 2009
进行数据采集控制系统的安装调试。 （1）数据采集系统的安装调试。进行热电偶传感器电路设计，包括冷端补偿 的处理，电荷放大与转换等；在燃烧弹与配气室内安装热电偶传感器，并连 接设计电路，进行初步调试；进行压力传感器电路设计，进行安装。
（2）数据采集系统软件设计与调试。利用VB语言进行数据采集系统的软件设计， 与传感器信号进行连接，实现配气室温度、动态压力数据采集和燃烧温度变化 数据的采集、保存、计算分析等功能。 （3）控制动作系统的安装与调试。利用VB语言进行控制动作系统的软件设计，通 过对采集数据的处理，实现燃烧弹和配给系统加热的控制以及燃烧弹的点火控 制。 2009年 2009年 2009年6月—2009年11月 2009 11月 进行燃烧弹的整机调试以及燃烧试验，获得相关试验数据（包括动态压力变化曲 线、压力升高率曲线、燃烧温度变化曲线、放热率变化曲线等）。 2008年12月 2010 2010年 2008年12月—2010年4月 撰写论文，进行毕业论文答辩。
1.2.1燃料丁醇的性质
1.2.2燃料丁醇研究存在问题
关于燃料丁醇燃烧特性的研究，Kuwait University的F.N.Alasfour在 单缸试验机上进行了30%丁醇与汽油混合燃料的空燃比、进气温度、点 火角对动力性、热效率、废气温度试验研究。研究发现，相同条件下 与纯汽油相比热效率下降7%；进气温度40℃到60℃时、空燃比在0.9， NOx排放增加10%；较小的点火提前角，容易爆燃。 法国的Philippe dagaut等人在喷射搅拌反应器研究85%丁醇汽油的氧 化动力学反应。 丁醇的各种燃烧试验国内鲜有报道，相关的研究只是将丁醇作为助溶 剂增加乙醇和柴油的相容性，没有涉及到燃烧特性的研究。
1.1国内外替代燃料研究
目前国内外对替代燃料主要集中在液化石油气(LPG)、压缩天然气 液化石油气(LPG)、 液化石油气(LPG) (CNG)、甲醇(CH3OH)、乙醇(CH3CH2OH)、二甲醚(DME)、氢气(H2) (CNG)、甲醇(CH3OH)、乙醇(CH3CH2OH)、二甲醚(DME)、氢气(H2) (CH3OH) (CH3CH2OH) (DME) 等；研究的方法结合了新型的发动机燃烧技术，稀薄燃烧、均质混 稀薄燃烧、 稀薄燃烧 合充气压燃（HCCI）、准均质混合充气压燃（QHCCI）；研究对燃 合充气压燃（HCCI）、准均质混合充气压燃（QHCCI）； ）、准均质混合充气压燃 ）； 烧的影响因素涉及各个环节，空燃比、点火提前角、喷油量、进气 温度等等；研究的试验装置主要在定容燃烧弹、快速压缩机、单缸 定容燃烧弹、快速压缩机、 定容燃烧弹 或多缸试验机。 或多缸试验机。